IL
gr
Acide carbonique o , 229
Produits / Eau o , 029
de la Acide carbonique. . . 0,44? combustion . \ Oxygène absorbé ... »
Déterminations directes d^axote. . . . 72,6 71,2 Elle conduit aux nombres qui suivent :
Acide carbonique 8,56
Oxyde de carbone ï.7»83
Hydrogène 2,66
Azote 70,95
Dans les expériences qui suivent , on a analysé des ga j aspirés à la surface du feu, immédiatement au-dessus de= charbons. Le canon de fusil était introduit dans le foyeg* par un trou pratiqué dans la paroi opposée aux tuyères.
Les analyses ont donné les résultats suivants :
ii»S555
Gaz ramené à o°et à o",76o, . .
iiiS4i I
0, ib2
de la } Acide carbonique. .
combustion . ( Oxygène absorbé . .
Dosages directs d^azote pour looj 69,5
Ce qui conduit aux compositions suivantes :
Gaz pour l'analyse i ''',585 i "S58o
Baromètre o^j^So o'",732
Thermomètre i5**,5 i4",5
Gaz à G» et à o«,76o i"S44o i>«*,445
Acide carbonique o , 289 o , 368
Produits /Eau o,458 o,34o
delà • I Acide carbonique .. . 0,027 0,029
combustion . ( Oxygène absorbé ... o , 1 85 o , 1 58
Dosages directs d'azote 70,7 73,8
On tire de là :
Acide carbonique *o,i4 12,86
Oxyde de carbone 16 , 06 1 1 , 88
Bydrogène 2,34 2,5ï
Azote 71,46 72,75
(8), (9), (10). Gaz pris à la surface du foyer pendant le réchauffage des deux lopins. Les tuyères sont recouvertes de o"*,3o d'épaisseur de charbon. Le gaz (8) est pris au milieu du feu, i5 minutes après qu'on a rendu lèvent. Ceux (9) et (10) sont aspirés du côté du contrevent, 20 et 25 minutes après la mise en feu.
(11), (12). Gaz pris à la surface et au milieu du foyer pendant le soudage du dernier bout de barre. (11). Aspiré I heure après le commencement de Taffinage. (12). Pris i**io"* après la mise en feu. Une grande partie du charbon est en menu , et son épaisseur au-dessus des tuyères n'est guère que de o"*, i5. Le vent sort en gerbe au milieu du feu, en projetant tout à l'en tour de petits fragments de charbon.
Gaz aspirés pendant le travail de la pièce*
( Deuxième période de l 'affinage, )
Cette deuxième partie de Vaifinage, qui commence par l'enlèvement de la sorne, dure ordinairement 25 à 3o minutes. Le foyer ne renferme presque que du menu charbon
provenant de celui ajouté pendant le forgeage , et on n'introduit qu'une faible quantité de charbon frais jusqu'à la fin del'aflSnage. Le vent, lancé avec toute sa vitesse, s'épanouit aii milieu du feu en une gerbe brillante. Les expériences qui suivent ont été faites en introduisant l'extrémité du canon de fusil au milieu de ce faisceau d'aîr. Le gaz aspiré renfermait toujours une proportion notable d'oxygène libre ; pour pouvoir la déterminer en même temps que celle des autres gaz, j'employais un tube à combustion contenant sur une moitié de sa longueur du cuivre métallique, et sur l'autre moitié de l'oxyde noir de cuivre. Si le gaz renferme un excès d'oxygèue , l'augmentation du poids du tube à combustion permettra de le doser. Le gaz aspiré contient à la fois , dans toutes les analyses qui suivent, de l'oxygène libre mêlé à des gaz combustibles. Leur existence simultanée parait due à des variations de composition du gaz pendant la durée de l'aspiration. En comparant les quantités d'eau et d'acide carbonique produites par la combustion du gaz à la variation de poids de tube à combustion, et en partant de ce fait, vérifié par toutes les expériences qui précèdent, que les gaz combustibles sont formés d'oxyde de carbone et d'bydrogène , il est facile de calculer la proportion d'oxygène libre.
Voici les résultats obtenus dans les quatre expériences :
Gaz pour l'analyse i^*%535 i^'*,54o
Baromètre.... o™,73o 0^,729
Thermomètre 1 7**,8 1 7®
Gaz ramené à o*» et à 0^,760 i"S383 i^^'jSgo
Acide carbonique 0,328 o^S^s
Produits /Eau o,o35 OiOp^
delà I Acide carbonique . .. 0,244 0,073 '
combustion . ( Oxygène absorbé ( 1 ) . . 4- o , 098 — o , 048
Azote dosé directement 75,4 81,0
(i) Le signe -h indique Toxygène cédé par l'oxyde de cuivre; le signe — Voxygène abandonné par le gaz dans le tube à combusiion.
Gaz pour l'analyse , i ^*',5 1 5 i "',5 1 5
Baromètre o",728 0^,727
Thermomètre 2o%5 i5®,5
Gaz ramené à et\ 0^,760 i"%35o i"%37i
ET rr
Acide carbonique 0,274 0,254
Produits lEau 0,000 o,oo3
delà < Acide carbonique. .. . 0,037 0,011 combustion . ( Oxygène absorbé .... — o , i o3 — o , 1 29
Azote dosé directement 81,2 84,2-83,5
Ces données conduisent aux compositions qui suivent 1
ii4)
Acide carbonique . . .
Oxyde de carbone. . .
(i3). Gaz aspiré au moment où l'ouvrier va soulever le gâteau de fonte pour désorner» Le bout du canon de fusil se trouve au milieu du foyer, à o"*,o5 au-dessus du feu et à peu près dans le centre de la gerbe formée par le vent. — La composition du gaz se rapproche de celle du gaz analysé dans l'expérience (12), la quantité d'oxygène libre étant très-peu considérable.
(.14). Gaz aspiré immédiatement après le désornage. L'ouvrier vient d'ajouter au feu i5 kilogrammes environ de rognures de tôle. Le bout du canon est placé, comme dans Texpérience précédente , au centre du foyer et à o°*,o5. au-dessus des charbons.
(i3). Gaz pris pendant le travail de la pièce, au centre du foyer et vis-à-vis des tuyères.
(16). Le gaz est aspiré pendant Y avalage, dans la même partie du foyer que les deux précédents.
En rapprochant les uns des autres les résultats de toutes
les expériences qui précèdent, et en les comparant à ceux déjà connus touchant la composition des produits fixes de l'affinage (fer et scories), nous pourrons en déduire quelques conclusions relatives à la théorie de l'opération.
1®. L'oxygène de l'air projeté par les tuyères pendant toute la période du forgeage, se change rapidement en acide carbonique, puis en oxyde de carbone, en suivant sa direction initiale jusqu'au contrevent. Le lieu du maximum de température correspond à la position unique dans laquelle OJX place le fer à forger, et celte position correspond égalemtot à un maximum d'acide carbonique dans l'atmosphère s gazeuse; ce fait résulte des expériences (i),(2), (3).
2®. La position de la fonte , près du contrevent , dans les foyer comtois, correspond à une transformation presque= complète de l'acide carbonique en oxyde de carbone, comm^= le prouvent les expériences (4)9 (5), (6). Sa fusion ou saK désagrégation s*opèrent donc dans une atmosphère don^H l'action oxydante doit être très -peu énergique.
Pendant toute la période du forgeage, l'ouvrier soin de maintenir une hauteur assez considérable de char — bon au-dessus des tuyères , sans doute afin de conserver â Fair sa direction initiale jusqu'au contrevent. Une partie des gaz s'échappe cependant par toute la surface du foyer. Si l'on compare leur composition avec celle des gaz pris * dans l'intérieur du feu , on trouve , d'après les expériences (8), (9), (10), qu'ils en dîfièrent surtout par une proportion beaucoup plus considérable d'hydrogène. Cette circonstance s'explique facilement : les charbons qui sont au centre du foyer ont été déjà fortement échauffés, et ils ont * perdu la majeure partie de leurs matières volatiles. Il nen est pas de même de ceux voisins de la surface du feu, dont la distillation commence seulement à s'effectuer.
On peut remarquer également que les gaz pris • la surface du foyer renferment encore une proportion trèa-no-* table d'acide carbonique, surtout ceux aspirés sur les
teyères. J'explique ce résultat en faisant remarquer que l'acide carbonique, premier produit de la combustion, ne se transformera pas complètement en oxyde de carbone, s'il ne rencontre pas du charbon déjà porté à une haute température. Or, le charbon qui recouvre le foyer étant froid, ne peut pas opérer cetle transformation aussi bien que celui qui se trouve dans l'intérieur du feu, et que le courant de gaz traverse en se dirigeant de la tuyère vers le contrevent. Cette transformation de P acide carbonique en oxyde de carbone absorbe en effet , comme je l'ai précédemment établi, \me grande quantité de chaleur, et des expériences faites à Audincourt m'ont prouvé que l'acide carbonique peut traverser une épaisseur considérable de charbon chauffé au rouge-cerise sans être complètement changé en oxyde de carbone.
L'eau que l'ouvrier jette de temps en temps à la surface du feu, paraît avoir également pour but d'éteindre les charbons qui le recouvrent, et d'éviter ainsi partiellement la perte de combustible qui résulterait de la transformation de l'acide carbonique en oxyde de carbone,
4°. Pendant la deuxième période de T affinage , celle qui correspond au travail de la pièce, la majeure partie des gaz s'échappe du feu d'affinerie dans un faisceau central qui contient une proportion très -notable d'oxygèue libre, comme le prouvent les expériences (i4)î ('5), (i6) Les expériences dont il sera question plus loin (19) et (20) , et qui se rapportent à la composition des gaz pris dans les fours à chaleur perdue pendant la' même période, prouvent qu'il y a au contraire excès d'oxyde de carbone dans les gaz qui se dégagent des autres points du feu.
La nature de l'atmosphère gazeuse qui entoure la fonte pendant sa fusion , ne permet pas d'admettre , avec M. Karsten , que la fonte se décarbure au moyen de l'oxygène de l'air, en tombant goutte à goutte au milieu des charbons jusqu'au fond du creuset. M. Chevreul avait
fait déjà remarquer {^Journal des Savants, i833) que cette action décarburanie de l'air était bien peu probable , puisque le fer se trouve dans la fonte en grand excès par rapport au carbone, et qu'ainsi l'oxygène de l'air, s'il agissait sur la fonte, devrait brûler simultanément le fer et le carbone à la surface des gouttelettes du métal. On doit attribuer la décarburation , pendant la première période de l'affinage, à l'oxygène des battitures et des scories ricbes qu'on rejette sur la gueuse avant de rendre le v^nt et après le forgeage de la loupe -, elles peuvent d'abord réagir sur la fonte par cémentation^ elles fondent et, projetées par le vent, elles viennent constamment mouiller la surface du métal. On peut donc concevoir comment la décarburation s'opère déjà en même temps que la fusion , et pourquoi il importe que celle-ci ait lieu lentement , afin que la surface exposée à ces projections de scories ne se renouvelle que peu à peu. La fonte séparée de la gueuse, repose, comme je l'ai déjà fait remarquer, sur un fond de sorne solide , et se trouve, dans une bonne conduite du travail, sous forme d'une masse demi-liquide, un peu consistante, en grumeaux dont chacun est entouré d'une enveloppe de scories , ce qui n'arriverait pas si le métal était tout à fait liquide.
La présence des scories au fond du creuset est aussi fort utile pour le soudage du fer. Le forgeron a grand soin de tremper de temps eu temps son lopin dans le bain de scories, afin de le préserver, au moyen d'une enveloppe liquide, de l'action oxydante du vent.
En déoarburaii,t la fonte, en oxydant le silicium , le maiif ganèse., le chrome (i) qu'elle contient, en dissolvant les grains sableux qui proviennent du moulage de la gueuse, et
(i) Les scories des forges d'Audincourt renferment une proportion trè»notabl3 d'oxyde de chrome, environ i pour loo. On n'en trouye pas de trace dans les laitiers de haut fourneau. Tout le chrome des minerais se concentre dans la fonte et passe ensuite dans les scories d'afBnerie. On y a recherché ççalemcnt le vanadium , mais sans en trouver une trace.
le laitier du haut fourneau qui s'y trouve mécaniquement mélangé, les scories deviennent de plus en plus siliceuses ; leur fluidité augmente, mais leur action sur la fonte décroit, et l'ouvrier les fait alors écouler par le chio.
Dans cette première période , l'affinage s' opérant par l'oxygène du protoxyde de fer, il n'y a pas oxydation du fer contenu dans la fonte, et, par conséquent, pas d'autre déchet que celui dû au départ du carbone, du silicium, etc., déchet qui serait plus que compensé par le fer réduit.
La séparation du carbone au moyen de l'oxygène du protoxyde de fer, doit produire une absorption considérable de chaleur latente. En effet, les expériences de Dulong donnent le nombre 6,^16 pour la quantité de chaleur que dégage un litre d'oxygène dans la combustion du fer. La même quantité d'oxygène, en passant à Tétat d'oxyde de carbone par sa réaction sur le carbone solide, ne produit que 1 ,598 unités de chaleur. L'expulsion du carbone de la fonte, au moyen du protoxyde de fer des scories , doit donc donner une absorption de chaleur latente égale au moins à 49618 unités (i). Cette quantité de chaleur rendue latente correspond à un litre de vapeur de carbone ou i^^^oyjy et il est facile d'en déduire l'abaissement de température qu'éprouverait la masse ferreuse par le fait de la décarburation. En effet, I gramme d'une fonte contenant 4 pour 100 de carbone, absorberait en unités 171,52 de chaleur latente 5 et si nous admettions o, 1 138 pour la chaleur spécifique du fer (M. Regnault), nous trouverions i,5oo degrés pour l'abaissement de température produit (2). La réaction des scories riches sur le carbone de la fonte exigera donc , pour se continuer, l'intervention constante d'une source de chaleur extérieure."
(1) Dans les expériences de Dulong, le fer, en brûlant dans l'oxygène, passait à l'état d'oxyde magnétique, tandis qu'ici c'est le protoxyde de fer qui se réduit. Il est bien probable que la quantité de chaleur dégagée par le premier atome d'oxygène est la plus forte.
(2) L'abaissement réel de température doit être moindre , puisque la chaleur spécifique du métal augmente avec la température.
Le silicium se trouve comme le carbone oxydé par l^oxygène des scories , mais nous manquons de données pour apprécier l'effet calorifique dû à cette réaction : l'expérience suivante rend assez probable qu'il y a plutôt dégagement qu'absorption de chaleur. En effet, le silicium chauffé au rouge avec du carbonate de potasse l'oxyde en mettant du carbone en liberté , et en dégageant une grande quantité de chaleur; la production de chaleur due à l'oxydation du silicium est donc de beaucoup supérieure à celle rendue latente par la réduction du charbon : ici il est vrai que le phénomène se complique par suite de la réaction de la silice sur l'alcali, mais c'est une analogie de plus avec ce qui se passe dans le foyer d'affinerie où la silice une fois formée se combine avec le protoxyde de fer.
Dans ]a deuxième période de l'affinage, la masse ferreuse, sorte d'éponge métallique imbibée de scories crues , est soumise directement à l'action du vent. On a vu plus haut, par les expériences (i 4), (i5), (i6), que le faisceau d'air qui s'échappe du centre du foyer contenait encore une forte proportion d'oxygène; mais il est facile de se convaincre que, dans chacune des analyses, la quantité d'oxygène libre ou combiné dans le gaz ne représente pas la totalité de celui (|ui correspond à Tazote atmosphérique (i). Ces résultats prouvent l'absorption par le fer d'une proportion trèsnotable de Toxygène contenu dans l'air injecté par la tuyère, et c'est là sans doute l'origine du déchet considérable que subit la fonte dans l'affinage comtois. — En même temps, Toxydation du fer détermine une grande élévation de température qui produit de nouveau la fusion du métal, line parlie du carbone restant encore dans la fonte se brûle di-
(i) Les quantités d'oxy^ne, rapportées à loo Tolames d^azote, sont respectivement :
(i3) 04). (i5) (.6) t23,3 aa<,3 ai;3 19,9
1^ pn>|>ortion normale est, comme on sait, 261 36.
cectement par l'oxygène de l'air avec une quanliié de fer correspondante. Les scories crues qui imprégnaient le fer sonl changées en scories très-basiques, et cette circonstance, jointe à l'élévation de température produite par L'oxydation du fer, facilite leur action décarburante.
Le travail de la pièce consiste à soulever légèrement la [nasse avec un ringard appuyé sur le fond et sur les parois lu creuset , de façon à faire circuler une partie du vent tout à Fentour, et à en maintenir ainsi toutes les parties à une température élevée.
Les rognures de tôle qu'on ajoute souvent au feu vers le commencement du travail , diminuent la consommation du charbon et facilitent la conversion de la masse ferreuse en fer ductile. Les ouvriers disent qu'elles apportent de la chaleur au feu. Quand le foyer est recouvert de rognures, on remarque effectivement que sa surface devient blanche jusqu'au contrevent, tandis qu'avec le charbon le lieu du maximum parait beaucoup moins étendu et se trouve au centre du faisceau de gaz qui s'échappe au milieu du feu. — Cette différence, dans la distribution de la chaleur, s'explique aisément en considérant que la combustion du fer ne donne dans ce cas qu'un seul oxyde , et que le courant de gaz doit conserver toute la chaleur sensible qui lui a été communiquée dans cette réaction (i).
(i) On peut calculer la température produite de la manière suivante :
I litre d'oxygène, pesant l'^j^Sô , se trouve associé dans l'air à 3^**,8(> d*azote, pesant 4^',8o/|.
I litre d'oxygène se combine avec 4**^1870 de fer, et donne 6*'',3o6 de p^otoxyde qui se dissolvent dans la scorie, et 6,216 unités de chaleur.
En admettant, pour la chaleur spécifique du produit de l'oxydation, le nombre o, 167 (nombre trouvé par M. Regnault pour le protoxyde de manganèse, et qui doit être à peu près le même pour le protoxyde de fer en raison de l'égalilé des formules et des poids atomiques), on trouvera pour la température de l'oxyde et pour celle de l'azote :
4,804 X 0,2754 H- 6,3o6x 0,157 * ^ ' Ce nombre n'est évidemment qu'une approximation , puisqu'on a suppose
L'importance que les affineurs attachent aux dimensions intérieures du feu, et particulièrement à l'inclinaison des tuyères et à leur hauteur au-dessus du fond , prouve que ces circonstances ont une assez grande influence sur la marche de l'opération : on les fait varier suivant la nature des fontes d'affinage. Les dimensions que j'ai indiquées plus haut se rapportent à l'affinage des fontes grises ordinaires. Quand on a des fontes noires, on rehausse la plaque de fond de 7 millimètres et l'on diminue de moitié Tinclinaison des tuyères. Pour des fontes blanches, le feu serait monté d'une manière inverse , c'est-à-dire qu'on augmenterait un peu la profondeur du feu et l'inclinaison des tuyères.
Il me parait difficile de donner en ce moment une explication satisfaisante de cette pratique. Les dimensions du foyer et l'inclinaison des tuyères doivent être calculées de
constantes les chaleurs spécifiques de l'azote et du produit de Toxydatlon.
Quand l'oxydation du fer s'opère par la transformation de Tacide carbonique en oxyde de carbone , la quantité de chaleur dégagée par Toxydation (6,216) est à très-peu près égale à celle que produirait la combustion de 2 litres d'oxyde de carbone formé (6,260) et qui a dû être rendue latente par le fait de la décomposition de l'acide carbonique. Le courant de gai conservera donc la température due à la formation de ce dernier gaz.
Ce résultat, comparé à celui qu'on obtient par le changement de Tacide carbonique en oxyde de carbone par le charbon en excès , permet d'expliquer d'une manière simple certaines circonstances fort singulières que présente quelquefois le roulement des hauts fourneaux, surtout quand on emploie un vent trop fort. On voit la chaleur se porter au gueulard, et les parois supérieures de la cuve rougissent , tandis qu'à l'ordinaire , la tempér rature ne dépasse pas i5o ou 200". En même temps les fontes deviennent blanches, les minerais ne rendent que fort peu de métal, les laitiers soot très-ferreux et le creuset très- refroidi. L'oxyde de fer que contiennent les laitiers s'est formé évidemment ici aux dépens du fer réduit dans lesparr ties supérieures du fourneau , puis oxydé dans son passage devant les tuyères par l'oxygène ou par l'acide carbonique.
Si l'on considère que le changement de l'acide carbonique en oxyde de carbone par le charbon abaisse la température du courant de 2 , 3oo à 900*, tandis que cette même transformation, opérée par le fer, ne produit pas d'absorption de chaleur, il est évident que la quantité de calorique sensible que contient la colonne gazeuse ascendante, sera d'autant plus grande que
manière à pouvoir restituer au bain liquide la chaleur absorbée par la décarburation de la fonte et par la réaction des morceaux de charbon sur les scories dans lesquelles ils plongent. M. Karsten (i) pense que plus le creuset est profond et plus les tuyères sont plongeantes, jusqu'à une 2erlaine limite, plus la température du bain liquide est îlevée. Il convient donc de disposer le creuset de cette manière quand le métal s'affine vite et a trop de tendance à louper, comme cela arrive avec les fontes blanches. Pour les fontes grises et noires, M. Karsten pense qu'il faut entretenir le bain de métal à une température comparativement plus basse que dans le cas précédent.
On peut objecter à la théorie de M. Karsten , que si une haute température est nécessaire pour décarburer la fonte par l'oxygène des scories, il convient que la fonte grise,
la proportion de fer oxydé devant la tuyère sera plus considérable. Le courant de gaz sortant du fourneau aura donc, toutes choses égales d'ailleurs, une température propre d'autant plus élevée, que la quantité de fer brûlée aura été plus grande.
Le refroidissement du creuset , dans cette allure du haut fourneau , est une conséquence nécessaire de l'action du silicate de fer résultant de cette oxydatiou sur le carbone de la fonte.
L'emploi de Pair chaud est le meilleur moyen qu'on puisse employer pour modifier cette mauvaise allure. Il agit évidemment en diminuant Tétendue de la zone oxydante.
Les mêmes considérations permettent d'expliquer rabaissement brusque de température qu'on observe dans les fours à réverbère chauffés par les gaz d'un haut fourneau , toutes les fois que celui- ci présente quelque dérangement.
Les moindres chutes de minerais devant la tuyère se font sentir dans l'allure des fours d'une manière très-marquée. S'il s'oxyde du fer en proportion un peu considérable devant la tuyère, il est certain que la quantité d'oxyde de carbone , qui est proportionnelle à l'oxygène introduit par le courant d'air, sera diminuée de tout l'oxygène qui s'est combiné au fer devant la tuyère , et la valeur combustible du gaz diminuera dans le même rapport. Pour une chute de minerai de peu de durée, la chaleur ne montera pas sensiblement, en raison de la masse des matières contenues dans le haut fourneau , et le seul symptôme du dérangement sera la diminution dans la proportion d'oxyde de carbone contenue dans le gaz.
(i) Manuel de la Métallurgie du fer, t. III, p. 54* Traduction française.
dont raffinage est plus long et plus difficile que celui de la fonte blanche, soit exposée à une température plus élevée que cette dernière. Il parait en effet bien probable, d'après la manière dont la combustion s'opère dans le creuset, qu'en rapprochant des tuyères le bain de métal on rend sa température plus élevée.
Pendant ces dernières années , on a fait dans les forges de la Franche-Comté un grand nombre d'essais pour remplacer le charbon dans les feux d'affinerie par du bois vert ou desséché. Les résultats en ont été décrits dans le Mémoire de M. Thirria , ainsi que ceux obtenus de l'emploi de l'air chaud (Annales des Mines, tome XVIII, pages 336 et suivantes ) . Plusieurs des procédés auxquels ces essais ont donné lieu ont été appliqués dans de nombreuses usines pendant des années entières, mais on en est revenu maintenant à peu près partout à Temploi exclusif du charbon de bois. On conçoit que l'introduction dans le foyer d'un combustible à flamme comme le bois devait amener de graves modiflcations dans la conduite et l'allure du leu, dans la température du vent. Mais la discussion de toutes ces modifications au travail habituel m'entraînerait trop loin , et je me contente de les indiquer ici sans m'y arrêter davantage.
Emploi des chaleurs perdues des feux daffinerie,
La disposition intérieure des fours dans lesquels on utilise les flammes qui s'échappent des feux d'affinerie est variable suivant l'usage auquel on les destine. Mon but , dans ce travail , n'est pas de décrire avec détail les dimensions qu'on leur donne dans les différents cas qui se présentent. Je ferai seulement remarquer que ces fours sont disposés tantôt de manière à porter rapidement le fer à une température élevée , tantôt de manière à éviter le plus possible son oxydation et le déchet qui en résulte**^ Le four représenté ( fig, I, 2, 3, p. 55i et SSa), et qui sert à réchauffer des
barreaux pour fabriquer de petits fers , est dans le premier cas. On peut remarquer qu'il n'y a pas d^ autel , que la voûte est très-rapprochée de la sole, et qu'ainsi le courant de gaz venant du foyer est en contact immédiat avec le fer. Le registre placé sur la cheminée sert à régler l'introduction de l'air qui doit se mélanger avec les gaz pour les brûler, et cette quantité doit varier, comme on l'a vu d'après la composition des gaz, aux diflférentes époques de l'affinage.
Les fours à réchauffer la tôle différent des précédents : en ce que le registre placé dans la cheminée est toujours fermé, de sorte que la totalité des flammes sort par les portes du four*, 2** en ce que le four est divisé en deux ou trois compartiments, séparés les uns des autres par des autels en briques. Les gaz arrivent dans les deux derniers compartiments par une ouverture de o™,io de hauteur sur toute la largeur du four, comprise entre l'autel et la voûte , et celle-ci se trouve à o™,35 au-dessus de la sole. Il résulte de cette disposition que le courant de gaz passe d'un compartiment à l'autre en suivant la voûte du four sans être en contact immédiat avec les feuilles de tôle placées sur la sole et qui ne s'échauffent guère que par le rayonnement de la voûte. Les gaz les plus échauffes se maintiennent à la partie supérieure du four, et l'atmosphère qui entoure les feuilles de fer ne se renouvelle que lentement. Le laminage des tôles n'exige pas une température très-élevée, et on cherche, par les moyens que je viens d'indiquer, à éviter l'oxydation à la surface des feuilles et le déchet considérable qui en résulterait.
Analyse des gaz des fours de la tôlerie.
On a aspiré ce gaz aux différentes époques de l'affinage , à l'entrée du premier compartiment du four à chaleur perdue servant au laminage de la tôle. On a profité du moment où il n'y avait pas de fer dans le four, afin de ne pas com-
pliquer les résultats des analyses de Faction des gaz sur le fer. — Dans toutes les expériences, le registre placé l'extrémiié du four est resté complètement fermé , en sortCL^^ que les gaz sortaient en totalité par les portes.
On a obtenu dans quatre expériences les nombres :
Oy3o6
de < Acide carbonique. .
combustion. ( Oxygène absorbé..
(ao)
i^'S6oo
ii»,4
Gaz ramené à o° et à o°*,76o. . .
iî>S43i
de la < Acide carbonique.
o,oi3
combustion. ( Oxygène absorbé. . . .
Azote dosé directement pour loo vo-
On tire de là :
Acide carbonique. . 10,66
Oxyde de carbone . . 1 6 , 34
Hydrogène ...... 4 » * ^
(17). Le gaz est pris dans le four au moment où Y(
vrier rapporte les deux lopins au feu»; celui-ci est recouvert l*une grande épaisseur de charbon . Il sort une flamme bleue % bords rouges par la porte du four.
( 1 8) • Gaz aspiré pendant le forgeage du premier bout de barre, 35 minutes après le commencement de l'opération. La flamme qui sort par la porte du four est plus blanche et moins allongée que dans Texpérience précédente, mais la température du four parait plus élevée.
(19) . Gaz pris i heure i5 minutes après le commencement de raffinage , pendant le forgeage du dernier bout de barre. Le feu n'est plus garni de charbon, et le vent le soulève par intervalles. Pendant le commencement de la prise de gaz, une flamme bleuâtre sort par la porte du four, mais cette flamme devient courte et jaunâtre â la fin de l'expérience. Cette circonstance explique la coexistence de gaz combustibles et d'une quantité sensible d'oxygène dans le gaz analysé.
(20) . Gaz aspiré pendant le travail de la pièce, 10 minutes avant la fin de l'affinage. Le four est beaucoup moins chaud que dans l'expérience précédente, et il ne sort pas de flamme par la porte.
Bien que les résultats de ces analyses ne puissent pas représenter exactement la composition moyenne des gaz qui se dégagent du foyer d'affinerie, à raison de l'air extérieur qui s'y mélange nécessairement dans une certaine proportion , ils montrent toutefois de quelle manière cette composition varie dans les difierentes périodes dç. l'affinage, et les conséquences qu'on peut en déduire ne diffè-< rent en rien de celles qui ont été présentées plus haut.
Analyse des gaz des fours du petit étirage.
La composition des gaz qui circulent dans les fours servant à la fabrication du petit fer dépend non-seulement de l'époque de l'opération , mais encore de l'ouverture plus ou moins complète du registre placé à l'origine de la chemi-? II. 37
nëe. On règle cette ouverture de façou à ce qu'il sorte toujours une petite flamme bleuâtre à bords orangés par la porte du four. Pendant la première période de Topération, celle qui correspond à la fusion de la fonte, le registre est ouvert d'une cestaine quantité, maison le ferme entièrement pendant le travail de la pièce.
La composition de T atmosphère de ces fours a été déter- . minée comme il suit dans deux analyses.
i^'SSGo
Oy002
delà (Acide carbonique. .
combustion. (Oxygène absorbé. .
On déduit de ces nombres les compositions suivantes :
(21). Gaz pris pendant le réchauffage des deux lopins, ao minutes après la mise en. feu. Le r^istre est ouvert au tiers, et une flamme bleuâtre sort par la petite porte du four.
(0:2). Gaz aspiré à la fin du tra^irail de la pièce, le registre étant tout â fait fermé»
Ces expériences suffiront pour montrer la différence qui existe dan$ la composition des gaz des fours à registre fermé et de ceux à registre ouvert. On voit , comme on pour vait s'y attendre, que dans le commencement^de Faffinage
ceux-ci (21) renferment beaucoup moins de gaz combustibles que quand le registre est fermé (17), (18). Aussi la température des fours à registre ouvert est-elle toujours bien supérieure à celle des fours à tôle où la température ne dépasse pas le rouge-cerise. Pendant le travail de la pièce, il y a identité de composition dans l'atmosphère des deux espèces -de fours (20),' (22).
La température des fours à chaleur perdue varie beaucoup pendant les diverses périodes du travail , surtout dans les. fours à registre. La température paraît être à sonmajrtmum au moment du désornage, mais elle s'abaisse trèsnotablement pendant tout le travail de la pièce qui dure 28 ou 3o minutes (1).
Ce résultat paraît, au premier aperçu, difficile à concilier avec les analyses des gaz pris dans le four aux diverses époques de l'affinage. Il semble que le maximum de température doive correspondre à la combustion la plus complète du gaz, et c'est à la fin de l'affinage que cettè circonstance a lieu. La proportion de l'oxygène resté libre est peu considérable, et on expliquerait difficilement l'abaissement* de température qui se produit par la présence de 8 ou 10 pour 100 d'air non désoxygéné qui se trouve dans le gaz. Le volume des gaz qui se dégagent du foyer d'affinerie est au moins aussi considérable à la lin qu'au commencement de l'opération, puisqu'on donne tout le vent à cette époque.
La disposition du foyer d'affinerie, par rapport aux fours placés à sa suite, me parait être la cause de cette variation
(1) J'ai cherché à déterminer approximatÎTement la température des fours d'étirage, en y introduisant de petits creusets contenant divers métaux inégalement fusibles. Le cuivre et Tor fondent facilement pendant le forgeage des barres dans le foyer d'affinerie , mais ils ne fondent plus à la fin du travail de la pièce. L'argent y fond au contr^re dans toutes les périodeft/du travail.
l-a température s'élève quelquefois assez pour produire la fusion de la fonte , mais ^e fait ne s'est présenté dans aucune de mes expériences.
dans leur température. On peut remarquer que la distance du fond du creuset à la voûte est d'environ i",3o, ou de i"*,io entre la voûte et les tuyères. Au commencement de l'affinage, quand le foyer est bien garni de charbon, la distance entre la surface des charbons et de la voûte n'est plus que de 0^,70 à o",8o. Les gaz qui s'échappent du foyer renferment, comme on Ta vu, peu d'acide carbonique et beaucoup d'oxyde de carbone et d'hydrogène. Leur température propre est peu élevée», parce qu'ils traversent une épaisseur assez considérable de charbon qui n'a pas encore rougi et qui se distille avec absorption de chaleur latente. L'air qui produit la combustion du gaz ne peut pénétrer que par l'ouverture antérieure du foyer et par le trou delà gueuse, et son mélange avec le gaz ne s'opère bien que dans l'espace rétréci par lequel ils entrent ensemble dans le four à chaleur perdue. Le lieu delà combustion se trouve donc situé à l'entrée du four et à une petite distance du fer à réchaufier.
Pendant la deuxième période de l'affinage, le niveau du Xîharbon ne dépasse guère celui des tuyères et sa distance à la voûte est de 1 mètre. On cherche autant que possible à éviter l'accès de l'air extérieur, et celui qui est projeté par la tuyère suffit pour rendre la combustion complète. Ici la température du courant de gaz est un maximum à une faible distance des tuyères, et elle s'abaisse continuellement jusqu'à son entrée dans le four par l'absorption de chaleur produite par les parois rerticales et par la voûte du foyer. Celles-ci s'échauffent beaucotip pendant 4e travail de la pièce, soit par contact avec le courant de gaz , soit par le rayonnement du charbon embrasé à la surface du feu. Elles se refroidissent au contraire dans le commencement de l'affinage, tandis que le contraire a lieu pour l'intérieur du four à chaleur perdue.
On s'arrange de façon, à ce que le réchauffage du fer dans le four à chaleur perdue s'opèi e d'une manièrç cojqtcordante
avec la marche de TafCiiage. Aiii^i on cliarge les barreaux de fer à ëtirer pendant le iravail de la pièce, el on les passe au laminoir pendant la première période de Taffinage suivant. Le réchauiTage du fer s^opère donc dans une atmosphère dont la température va constamment en augmentant. Cette manœuvre présente aussi Tavantage de diminuei le déchet, parce que Toxydalion du fer est d'autant plus rapide qu'il y a moins d'oxyde de carbone dans le gaz, et que la température est plus élevée.
La formation des battitures à la surface des barreaux et des feuilles de tôle s'opère en grande partie par la décomposition de l'acide carbonique et de la vapeur d'eau. Une feuille de tôle chauffée dans le four à chaleur perdue du petit étirage pendant la durée du forgeage des lopins et dans une atmosphère qui contenait une proportion assez considérable d'oxyde de carbone et d'hydrogène, {21), s'est couverte d'écaillés très -épaisses d'oxyde. L'action oxydante ne peut pas être attribuée à l'oxygène libre qu'on ne trouve dans les fours qu'à la fin de l'aflSnage. Cetie expérience prouve la nécessité d'échauffer par le rayonnement seul les pièces d'une faible épaisseur et à grande surface, en suivant les principes indiqués plus haut pour la construction des fours à tôle. ' '
Il n'est pas possible d'apprécier exactement, par des déductions théoriques, le rapport de la quantité de chaleur peidue avec celle utilisée dans le foyer d'affinerie. Cette comparaison , facHe à faire quand il s'agissait des gaz des hauts fourneaux, serait ici sans intérêt. Dans le feu d'affinerie , il est évident que la quantité de chaleur développée par la combustion du charbon se retrouve à peu près tout entière, soit à l'étal de calorique sensible, soit à l'état latent, dans les gaz qui se rendent dans les fours. La chaleur rayonnée par le charbon incandescent et qui s'échappe par l'ouverture de travail, et celle que possède la masse ferreuse à sa sortiddu creuset, sont les principales causes de déperd:-
tion. Mais on concevra facilement que la disposition du foyer par rapport aux fours et la composition , rariable aux différentes époques du travail , des produits de la combustion , ne permettent pas d'utiliser une fraction de la chaleur développée, aussi grande que si le combustible était spécialement employé au service du four. La seule manière d'obtenir ce coefficient consiste à déterminer, comme l'a fait M. Thirria, la quantité de houille que Ton consonmiait antérieurement pour produire les effets obtenus de Femplm des chaleurs perdues , et à considérer l'équivalent calorifique de cette houille comme représentant la chaleur utilisée dans les fours à la suite des feux d'affinerie. M. Thirria a irouvé ainsi que cette quantité de houille représentait moyennement les 0,70 de la valeur calorifique du charbon brûlé pour l'affinage.
L'application des chaleurs perdues des feux d'affinerie à tous les usages qui n'exigent pas une température très-«levée, a donné des résultats fort avantageux et devenais tout à fait pratiques. Des essais isolés ont été tentés dans diverses usines pour les utiliser, soit pour le puddlage de la fonte, soit pour le soudage du fer affiné; mais il ne parait pas qu'aucun d'eux ait réussi. Il est vrai que l'on n'a {las encore employé , pour brûler les gaz du feu de forge , un courant d'air chaud projeté à la fois par plusieurs orifices | qon^me icela se pratique maintenant pour la combustion des ffn des hauts fourneaux -, mais il est fort douteux que cette addition permette d'arriver à une température sulËsamment élevée. La composition des gaz qui s'échappent d'un feu de forge est tellement variable du commencement à la fin de l'opération, qu'il serait bien diflScile de régler convepablement l'écoulement de l'air comburant. On conçoit surtout la difficulté qu'on éprouverait à faire marcher ensemble deux opérations, dont chacune exige que l'ouvrier règle à sa volonté la température dans le foyer ou le four qu'il dirige. On a proposé d'accoler deux feux pour alimenter un
four de puddlage, et de combiner la manche de Taffina^ dans ckaqne foyer, de façon à égaliser la lempéraCure daios le four à réverbère. Cette disposition présenterait quelques chances de réussite , surtout si Ton parvenait à brûler les ga£ par un courant d'air chaud et comprimé; mais le défaut d'homogénéité du combustible gazeux sera toujours un grand obstacle au succès de l'opération.
Résumé,
On peut résumer ainsi qu'il suit les principaux résultats de ce travail.
I®. Dans un foyer d'affinerie à deux tuyères, le lieu du maximum de température, déterminé par la position que l'on fait prendre au prisme de fer à souder, correspond, dans la composition du courant de gaz provenant des tuyères^ à la transformation de l'oxygène de l'air en acide carbonique.
a®, La fonte placée au contrevent fond dans une atmosphère dépouillée d'oxygène libre et qui renferme seulement une petite proportion d'acide carbonique. L'influence oxydante de çette atmosphère ne peut être que très-faible, et la décarburation doit s'opérer surtout par l'oxygène des scories riches qui fondent avec la gueuse.
3®, La décarburation de la fonte par l'oxyde de fer des scttries produit une absorption considérable de chaleur latente.
4®. Dans le travail de la pièce, il y a une oxydation considérable de fer par l'air projeté par les tuyères , production d'une température irès-élevée par celte combustion dans l'intérieur de la loupe , et formation de scories très-basiques qui terminent la décarburation.
5^. La composition des gaz qui se dégagent des feux d'affinerie est variable, d'un point à un autre du foyer et du commencement à la fin de l'affinage, entre des limites fort étendues. Leur composition moyenne est caractérisée dans
la première période de Taffinage par une proportion considérable de gaz combustibles, tandis qu'à la fin du travail ils renferment une quantité notable d*oxygène libre.
6^. La température des fours à chaleur perdue varie avec la composition des gaz produits aux différentes époques de raffinage. Leur disposition intérieure doit être calculée, tantôt de manière à porter rapidement le fer à une température élevée, tantôt de façon à éviter son oxydation et le déchet qui en résulte.
